Газопоршневые электростанции

Газопоршневая установкаВ последнее время все более очевидны преимущества и перспективы применения поршневых газовых двигателей внутреннего сгорания для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. По данным статистики около 30% потребителей не нуждаются в десятках и сотнях мегаватт мощности, и следовательно, не нуждаются в обязательном централизованном энергоснабжении, общие потери которого при транспортировке по сетям до потребителя составляют до 25-30%. В этих условиях реальным путем повышения эффективности энергетического производства является развитие локальных автономных децентрализованных источников комбинированного производства электроэнергии и тепла на базе газопоршневых установок, неоспоримыми преимуществами которых являются высокий КПД, полная независимость от региональных энергосетей, а следовательно, и от роста тарифов, надежность, отсутствие затрат на строительство подводящих и распределительных сетей.

Блок модулей ГПУДругим положительным моментом для использования газопоршневых установок в электростанциях является возможность установки нескольких агрегатов. Секционирование когенераторных установок из нескольких блоков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ. Это точное управление мощностью (максимальный КПД достигается при загрузке на 100% - это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть оставить в нерабочем состоянии). Это приводит к увеличению ресурса всей системы в целом.

Преимущества использования газопоршневых установок

В основе работы газопоршневых установок электростанций (далее ГПУ) лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания. Диапазон единичных мощностей серийных ГПУ находится в районе от 0,03 до 4 МВт. Общий моторесурс находится в пределах 250 000 часов, ресурс до капитального ремонта составляет 60 000 – 80 000 часов. Кроме большого моторесурса к достоинствам ГПУ стоит отнести малую зависимость температуры окружающего воздуха на КПД двигателя, необходимое низкое давление топливного газа от 0,01 до 0,035 МПа (не требуют дожимного компрессора), низкое снижение КПД при 50% снижении нагрузки, неограниченное количество запусков. Кроме того одними из достоинств газопоршневой установки является ремонт агрегата на месте, низкие эксплуатационные затраты и малые размеры, т. е. низкие инвестиционные затраты, возможность кластеризации (параллельная работа нескольких установок).

Подробнее о ГПУ.

Топливо для когенерационных установок

ГПУ в контейнерном исполненииПомимо природного газа, газопоршневые электростанции могут использовать в качестве топлива:

  • пропан,
  • бутан,
  • попутный нефтяной газ,
  • газы химической промышленности,
  • коксовый газ,
  • древесный газ,
  • пиролизный газ,
  • газ мусорных свалок,
  • газ сточных вод и т. д.

Газопоршневые установки отличает простота, надежность и высокий КПД. Электрический КПД газопоршневых установок считается высоким и при работе на природном газе достигает 43-45%*

Генераторные установки в контейнерахБольшинство марок газопоршневых установок может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанция. Температура выхлопных газов на выходе из двигателя газопоршневой установки ~ 390 ± 10° С. Такая температура не позволяет производить большое количество тепловой энергии. Соотношение выдачи двух видов энергий находиться в диапазоне от 1:1 до 1:1,5, то есть на 1 МВт установленной электрической мощности можно получить 1-1,5 МВт тепловой энергии.

Газопоршневые электростанции могут поставляться в комплекте с модульным быстровозводимым зданием или в контейнерах. Контейнерные ГПУ, расположенные вблизи предприятия-потребителя, имеют транзитные электросети малой протяженности, менее подвержены внешним воздействиям, что повышает надежность энергоснабжения.

Система охлаждения газопоршневых установок жидкостная. Расход моторного масла ~ 0,3-0,95 кг/ч на 1 мегаватт электрической мощности газопоршневой станции, как правило, требуется его постоянный долив. Подробнее о сервисном обслуживании ГПУ.

Когенерация

При когенерации, как говорилось выше, параллельно с выработкой электроэнергии газопоршневая станция вырабатывает тепловую энергию в виде горячей воды или пара. Для охлаждения двигателя используется замкнутый контур с охлаждающей жидкостью, которая отобрав тепло у двигателя подается в теплообменник, где передает своё тепло теплоносителю.

Когенерационная установка

Управление потоком охлаждающей жидкости осуществляют механический термостат и трехходовой клапан, которые в зависимости от температуры ОЖ, направляют её либо в рубашку охлаждения двигателя, либо в теплообменник, либо в радиатор воздушного охлаждения. Таким образом, теплообменник является первой ступенью утилизации тепла. Далее теплоноситель направляется в котел-утилизатор (теплообменник «выхлопные газы-вода»), где догревается за счет тепла выхлопных газов. Таким образом, комбинированная выработка электрической и тепловой энергии позволяет повысить эффективность использования топлива до 85-90%.

Схема работы ГПУ

При инсталляции газопоршневых установок не возникает проблем, так как необходимое для них давление (низкое) и качество газа являются нормой для большинства российских газопроводов. На газопоршневых установках, имеющих высокую степень автоматизации, требуется минимальное количество персонала.

Тригенерация

Использование технологии тригенерации позволяет сохранить высокий КПД круглогодично. Например, летом отопление не требуется, но необходимо кондиционирование жилых помещений, офисов, больниц. В промышленности широко используется холодная вода и холод. Тригенерационная установка к производству электроэнергии и тепла добавляет еще и производство холода по абсорбционной технологии.

Тригенерация

Вырабатывающие холод абсорбционные охладители (чиллеры) используют в своей работе горячую воду. Это выгодно отличает их от компрессорных - работающих от электромотора. Произведенный в чиллерах холод используется в системах кондиционирования.

Для выработки 1 МВт/час холода по «классической» технологии (с применением парокомпрессионных холодильных машин) требуется 350-400кВт/ч электроэнергии.

Для выработки 1 МВт/час холода по абсорбционной технологии требуется 35-40кВт/ч электроэнергии (работа насосов и градирен).

Мини-ТЭС

Комплектация мини тэс

Мини теплоэлектростанция представляет из себя автономный энергетический комплекс для совместного производства электрической и тепловой энергии. Причиной для строительства собственных генерируемых мощностей предприятий являются следующие обстоятельства:

  • стоимость подключения потребителей к центральным источникам энергоснабжения практически сравнялась с капитальными затратами на строительство мини-ТЭС;
  • постоянный монопольный рост тарифов на энергию;
  • повышенное качество энергии, вырабатываемой мини-ТЭС (стабильность электрического напряжения, круглогодичное теплоснабжение с требуемыми параметрами);
  • минимизация потерь на передачу электрической и тепловой энергии;
  • себестоимость производимого электричества и тепла в разы меньше, чем при централизованном энергоснабжении.

Сроки окупаемости строительства мини-ТЭС составляют 4 - 5 лет, а при решении вопроса передачи излишков электроэнергии в сеть период окупаемости может быть еще меньше.

Цикл проектирования и строительства мини-ТЭС: 12-16 месяцев.

Современные Мини-ТЭС предназначены для выработки электричества и тепла (когенерация), а так же электричества, тепла и холода (тригенерация). При тригенерации газопоршневая установка электростанции станция дополнительно оборудуется абсорбционными холодильными машинами для выработки холода. Мини-ТЭС при дефиците тепловых мощностей в пиковые часы или при потребности в большом количестве пара, может комплектоваться пиковым водогрейным или паровым котлом.

Модельный ряд и цены на ГПУ Thermarus

Экономические обоснования строительства собственной Мини-ТЭС

  • быстрый возврат инвестиций
  • потребляя 0,25 - 0,3 куб. м газа, на газопоршневой мини-ТЭС есть возможность получать 1 кВт электроэнергии и 1-1,5 кВт тепла в час
  • возможности приобретения в лизинг оборудования мини-ТЭС
  • минимум топливных потерь на локальной электростанции
  • возможность установки мини-ТЭС в старых котельных и на ЦТП
  • отсутствие необходимости строительства дорогостоящей ЛЭП, ТП, протяженной электросети
  • возможности быстрого увеличения электрической мощности, путем дополнительной установки энергетических модулей
  • высокие тарифы и потери 8-10% при дальней передаче электроэнергии и тепла
  • высокие затраты за подключение к внешним электросетям, сопоставимые со стоимостью строительства локальной мини-ТЭС
  • ограниченные возможности существующих источников электроэнергии и тепла при расширении мощностей предприятия потребителя
  • низкое качество и количество получаемой электроэнергии и тепла от устаревшего источника генерации
  • сопоставимые со стоимостью электростанций, штрафы за выбросы в атмосферу попутного нефтяного газа
  • снижение финансовой зависимости от роста тарифов на электроэнергию и тепло
  • низкая надежность работы местных энергосбытовых компаний